VENERE: Geologia dell'area Imdr Regio. Ivan Lopez, Lucia Martin, Piero D'Incecco, Nicholas P. Lang, Gaetano Di Achille.

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Aggiornato il 11/09/2023

Geologia dell'area Imdr Regio

Traduzione da: Geology of the Imdr Regio area of Venus

di Iván López, Lucía Martín, Piero D’Incecco, Nicholas P. Lang & Gaetano Di Achille.

LINK: ''https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/17445647.2023.2253832''.

1. Introduzione

La missione Magellano della NASA ha ottenuto una copertura quasi globale con immagini radar ad apertura sintetica (SAR) della superficie di Venere tra il 1990 e il 1994, rivoluzionando la conoscenza del nostro pianeta gemello terrestre. I dati restituiti dalla sonda Magellano hanno rivelato che la superficie di Venere è dominata dal vulcanismo ed è caratterizzato anche da un'estesa attività tettonica, tuttavia la distribuzione del vulcanismo e dell’attività tettonica suggerisce che non esiste attualmente un sistema di placche in movimento come quelli operanti sulla Terra. 

Fondamentale per comprendere l'evoluzione geodinamica di Venere e l'attuale stato geologico del pianeta è lo studio dei Grandi Rilievi Topografici (LTR), province geologiche su Venere che si ritiene si siano formate in risposta alla presenza di un pennacchio di mantello o di risalita del mantello, e quindi potrebbero essere paragonabili ai punti caldi e al vulcanismo intraplacca sulla Terra. Sono siti in cui è stata proposta l'esistenza di vulcanismo recente o addirittura attivo su Venere, situazione che rende queste aree obiettivi strategici per future missioni.

Il primo passo per studiare la geologia e l'evoluzione del LTR è quello di vincolare le strutture, i materiali e i processi che hanno dato forma alla sua superficie, per i quali l'elaborazione di carte geologiche si è rivelata uno strumento fondamentale. La mappatura geologica su scala regionale consente la sintesi delle attuali conoscenze di un'area studiata e l'identificazione dei problemi esistenti da studiare con le prossime missioni e i relativi set di dati.

In questo lavoro presentiamo la prima mappa geologica di Imdr Regio, una delle LTR di Venere, e delle sue aree circostanti (Mappa Principale in Materiali Supplementari). L'Imdr Regio Map Area (IRMA) si estende tra 35°S-50°S di latitudine e 195°E-225°E di longitudine e copre Imdr Regio e le aree che appartengono alle pianure circostanti di Helen, Nsomeka e Wawalag Planitiae (Figure 1 e 2). Imdr Regio è stata classificata come una formazione ignea dominata dal vulcano con un diametro minimo-massimo di 1200-1400 km e un'altezza del rigonfiamento di 1,6 km. Secondo i dati geofisici e la quantità apparentemente limitata di vulcanismo, si pensa che Imdr Regio sia un giovane aumento topografico, idea poi rafforzata dalla scoperta di un possibile vulcanismo recente o addirittura attivo a Idunn Mons, un grande vulcano che domina il sud-est del grande rialzo igneo.

(Figura 1. Mappa base utilizzata per la mappatura di Imdr Regio. Le caselle indicano la posizione degli esempi presentati nelle Fig. 3 e 4 . Mosaico SAR di Magellano rivolto a sinistra dell'area della mappa nella proiezione di Mercatore).

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(Figura 2. Altimetria dell'area della mappa. L'intervallo tra le curve di livello è di 250 m. Le quote sono riferite al Raggio Planetario Medio (6051,84 km). Coordinate, scala e proiezione sono le stesse della Figura 1 . Record di dati topografici globali Magellan (GTDR) 4641 m v2).

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(Figura 3.Esempi di strutture primarie nell'area della mappa. (a) Canale nei flussi del foglio di Idunn Mons (le frecce indicano la traccia del canale); (b) Catene di pozzi nell'Olapa Chasma (la freccia indica una catena di pozzi con materiali vulcanici associati che scorrono verso SE); (c Fronti di flusso nell'Idunn Mons. I flussi luminosi si sovrappongono indicando diversi eventi effusivi nella storia del vulcano; (d) piccoli vulcani nelle pianure vulcaniche; (e) Zana Tholus, un vulcano intermedio nell'Imdr Regio. I fianchi del vulcano sono inglobato da colate provenienti da sorgenti vicine. La freccia indica la presenza di piccole valanghe di detriti di colata lavica nel basso versante orientale; (f) Terreno collinoso. Questo tipo di deposito indica la presenza di processi di collasso del fianco laterale nei vulcani. La freccia segnala le scarpate che segnalano il deposito della struttura di crollo ed i resti dell'edificio originario; (g) Cratere Sandel. Esempio di cratere da impatto con bordo chiaro e picco centrale; (h) Depositi superficiali. Polveri prodotte da impatti nelle pianure vulcaniche. Le frecce segnalano la presenza di striature di vento associate a piccoli vulcani. Tutte le immagini sono immagini Magellan SAR rivolte a sinistra in modalità normale).

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2. Metodi

2.1. Set di dati

La mappatura geologica e tettonica ad alta risoluzione dell'area cartografica Imdr Regio è stata effettuata utilizzando immagini radar ad apertura sintetica (SAR) in banda S Magellan della NASA a piena risoluzione con una lunghezza d'onda di λ = 12 cm e una frequenza di 2,4 GHz e dati altimetrici . L'area della mappa include la copertura in immagini SAR a piena risoluzione "F" (75-100 m/pixel) con illuminazione destra e sinistra, altimetria Magellan (8 km lungo il percorso per 20 km lungo il percorso con una media di 30 m precisione verticale che migliora fino a 10 m in aree lisce, Ford et al.,Citazione1993) e il resto dei dati ausiliari Magellan disponibili (ad esempio Emissività). Tutti i dati Magellan sono stati scaricati dal sito web USGS Map-a-Planet ( https://www.mapaplanet.org ) in un formato pronto per GIS per la sua visualizzazione e analisi. La mappa e tutti i dati utilizzati per la mappatura sono in proiezione di Mercatore, più adatti a determinare la direzione e le tendenze strutturali.

2.2. Metodologia di mappatura

La costruzione di una carta geologica è il primo passo per stabilire la storia geologica di una regione, che a sua volta fornisce informazioni importanti per comprendere i diversi processi che possono aver contribuito all'evoluzione geodinamica del pianeta. La metodologia che abbiamo utilizzato per la definizione di unità e strutture geologiche si basa sull'analisi geologica standard dettagliata in Wilhelms (Citazione1990) e Tanaka et al. (Citazione1994) con le avvertenze di Hansen (Citazione2000), Zimbelmann (Citazione2001), Skinner e Tanaka (Citazione2003) e McGill e Campbell (Citazione2004).

Le caratteristiche dei dati SAR Magellan utilizzati per la mappatura geologica e le basi per la loro interpretazione sono esplorate in dettaglio nello studio di Ford et al.Citazio. La natura dei dati SAR rende più semplice mappare i lineamenti rispetto alle unità materiali, data la loro caratteristica di riflettori radar. I lineamenti (elementi individuali o famiglie/suite) rappresentano caratteristiche geomorfiche specifiche (ad esempio avvallamenti, creste) che verranno interpretate come strutture geologiche (ad esempio fratture, pieghe, graben e canali). Queste strutture geologiche includono strutture primarie (ad esempio quelle legate alla formazione o alla messa in posto di unità come canali vulcanici o fronti di colate laviche) e strutture secondarie (strutture tettoniche che deformano i materiali).

Dopo la mappatura delle strutture tettoniche, si procede poi all'identificazione delle diverse unità presenti nell'area della mappa. Le strutture primarie e le texture superficiali, insieme alla luminosità radar, aiutano a definire le unità della mappa. Tuttavia, una caratterizzazione robusta di queste superfici come unità geologiche, in contrapposizione alle unità geomorfiche, può rivelarsi impegnativa. Ciò è dovuto al fatto che i dati SAR sono sensibili alla rugosità superficiale sulla scala della lunghezza d'onda del radar (12,8 cm); le superfici più ruvide appaiono luminose, le superfici più lisce appaiono scure. È importante notare che tali variazioni sono strutturali e non si può presumere una correlazione diretta con il tipo di materiale. Ciò è molto importante in ambienti vulcanici poiché materiali di composizione simile possono mostrare una diversa retrodiffusione a causa delle differenze nella struttura dei flussi, ad esempio in risposta alla variazione del tasso di effusione o della topografia. Allo stesso modo materiali di composizione diversa potrebbero presentare valori di texture e retrodiffusione simili. Un altro fattore da considerare è che i materiali vulcanici posizionati sulla superficie di Venere sono soggetti a processi di alterazione che potrebbero portare all’omogeneizzazione della firma radar che renderà difficile determinare la struttura superficiale e mappare i contatti tra materiali più antichi di composizione e origine simili.

I criteri utilizzati per distinguere le unità geologiche (rispetto alle unità radar) includono la presenza di contatti netti e continui; troncamento o interazione con strutture secondarie e topografia; e presenza di strutture primarie (ad esempio canali di flusso o topografia dell'edificio) che consentono una ragionevole interpretazione geologica. Alcune unità non rispettano questi vincoli, limitandone l'utilizzo nella determinazione delle sequenze stratigrafiche. Queste unità sono definite composite, in quanto potrebbero non essere stratigraficamente coerenti su tutta l'area rappresentata, e/o potrebbero essere state poste nel tempo in modo trasgressivo rispetto ad altre unità e/o strutture secondarie.

I materiali più antichi come le tessere sono deformati in modo pervasivo, rendendo difficile la caratterizzazione dei materiali originali. Per queste unità usiamo il soprannome di "terreno" e sono definite da una trama che potrebbe implicare una storia condivisa.

La mappatura dei contatti delle unità si basa su caratteristiche osservabili limitate, quindi è difficile seguire i contatti lungo le unità mappate e distinguiamo tra (a) contatti definiti quando è osservabile un cambiamento distintivo nelle proprietà radar del materiale (cioè contatto radar) e un altro le caratteristiche possono essere utilizzate per la definizione dell'unità: chiare relazioni trasversali, presenza di materiali strutturati (ad esempio struttura poligonale) o interazione con strutture primarie e secondarie; (b) contatti approssimativi o incerti quando i contatti sono diffusi a causa di cambiamenti di direzione del contatto o di processi di omogeneizzazione; (c) contatti graduali per la mappatura dei depositi di origine puntuale legati allo scudo.

Il tempo è un elemento importante nelle carte geologiche, ma nel caso di Venere un problema nello stabilire le relazioni temporali nelle carte regionali deriva dall'assenza di marcatori temporali affidabili, o unità marcatrici. La correlazione delle unità cartografiche nelle mappe planetarie è tipicamente basata sulle statistiche dei crateri da impatto superficiale. Sebbene questo metodo abbia una certa utilità per i corpi planetari con superfici vecchie ed elevata densità di crateri (ad esempio Luna e Marte), su Venere sorgono molti problemi a causa delle caratteristiche della popolazione dei crateri Fondamentalmente, i crateri da impatto di Venere non possono porre alcun vincolo sull’età delle unità di superficie che coprono aree così piccole come quelle all’interno dell’IRMA. Ciò rende possibile l'instaurazione di rapporti temporali relativi solo per quelle unità che sono in contatto diretto o con strutture che fungevano da creatori temporali locali. Questi vincoli temporali sono applicabili solo localmente e non possono essere estesi in modo robusto su tutta l’area della mappa, soprattutto quando la maggior parte delle unità sono di natura composita. Stabiliamo quindi una Sequenza di Unità di Mappa (SOMU) per l'area della mappa che esprimerà tutte le incertezze che esistono riguardo alle relazioni temporali, e dove le relazioni temporali tra materiali che non sono in contatto sono espresse come frastagliate per indicare l'incertezza.

3. Risultati

3.1. Strutture

Nell'area della mappa sono state identificate le seguenti strutture primarie e secondarie e viene fornita l'interpretazione in base alla morfologia e al contesto geologico.

3.1.1. Strutture primarie

Canali. I canali rappresentano caratteristiche di retrodiffusione bassa, da sinuose a diritte, lunghe centinaia di chilometri e larghe pochi chilometri (Figura 3 a); localmente mancano di evidenti rilievi topografici. Sono più comuni nelle pianure regionali o associati a grandi colate di fogli. Sia la natura della composizione del fluido/lava che il processo di formazione (costruttivo vs erosivo) sono sconosciuti.

Catene da fossa . Pozzi o catene di pozzi rappresentano probabilmente regioni segnate da scavi sotterranei e sono interpretati come l'espressione superficiale di faglie o dicchi dilatativi (Figura 3 b), che implicano il trasporto di magma sotto la superficie.

Fronti di flusso. I fronti di flusso nei materiali vulcanici sono talvolta molto chiari nelle immagini radar e aiutano a limitare la massima estensione degli episodi vulcanici nella storia eruttiva di una struttura vulcanica (Figura 3 c), la direzione dei flussi e talvolta anche il carattere strutturale del materiale estruso. I fronti di flusso insieme ad altre strutture vulcaniche primarie come canali possono vincolare la direzione e l'estensione dei flussi di lava e talvolta aiutano a stabilire una cronologia relativa tra diverse subunità del flusso o flussi da diverse unità.

Piccoli vulcani . Piccoli edifici vulcanici (dimensioni ≤20 km) sono molto numerosi sulla superficie di Venere (Figura 3 d). Sebbene i piccoli edifici vulcanici mostrino un ampio spettro di morfologie vengono definiti genericamente come scudi. Alcuni scudi sono riconoscibili solo dalla presenza di una fossa mentre in altri casi si osservano tumuli con fossa. Gli scudi si trovano isolati nelle pianure anche se è comune la presenza di gruppi di edifici che formano cluster o campi di scudi ( colles ), talvolta associati a grandi strutture tettonomagmatiche (es. corone e grandi edifici vulcanici).

Vulcani intermedi. Edifici vulcanici di dimensioni intermedie (dimensioni ≥ 20 km ≤ 100 km) sono comuni anche sulla superficie di Venere (Figura 3 e). Ci sono caratteristiche vulcaniche particolari di queste dimensioni: cupole dai lati ripidi o a frittella e cupole stellate. Un'altra caratteristica comunemente osservabile in edifici di queste dimensioni e morfologia è la presenza di crolli laterali dei fianchi e relativi depositi (Figura 3 f). A volte si può osservare solo la scarpata associata al collasso del fianco del vulcano perché i depositi associati sono ricoperti da materiale più giovane.

Bordi del cratere. La formazione di crateri da impatto è un processo descritto in tutto il sistema solare. Un cratere è caratterizzato, dal punto di vista morfologico, da un bordo rialzato che circonda un basso topografico con talvolta un picco centrale (Figura 3 g). Nei crateri, mappiamo i bordi come strutture primarie e la coltre di materiale espulso, materiale ruvido e a blocchi attorno al cratere espulso dall'impatto, come unità cartografica.

Depositi superficiali . La metà settentrionale dell'area della mappa è caratterizzata dalla presenza di depositi superficiali come aloni craterici associati ai crateri Isabella e Cohn. Questi materiali sono composti da polvere sottile che ricopre le diverse unità e strutture ma ne consente comunque l'osservazione. L'estensione dei singoli aloni craterici è difficile da limitare poiché la maggior parte dell'area settentrionale della mappa è interessata dalla presenza di questi depositi. La presenza di questi depositi superficiali rende difficile anche la determinazione dei contatti tra le unità che ne sono ricoperte. Localmente questi depositi superficiali vengono rimobilizzati dal vento ( Figura 3 h), formando strutture eoliane orientate verso ovest-sud-ovest, coerenti con la direzione delle caratteristiche dei crateri legate al vento nel pianeta.

Terreni collinosi : depositi associati al crollo di edifici vulcanici, noti come terreni collinosi mostrano un aspetto luminoso e una struttura a blocchi nelle immagini radar (Figura 3 f).

Contatti . Abbiamo determinato tre tipi di contatti: (a) contatti chiari o definiti per quei contatti che presentano cambiamenti distintivi nelle proprietà radar e/o un'altra caratteristica può essere utilizzata per la definizione dell'unità (ad esempio interazione con strutture secondarie); (b) contatti approssimativi o incerti quando i contatti sono diffusi a causa di cambiamenti nella direzione del contatto, omogeneizzazione e mancanza di altre caratteristiche che potrebbero aiutare a definire il contatto e; (c) contatti graduali per la mappatura dei depositi di origine puntuale legati allo scudo.

3.1.2. Strutture secondarie

Strutture contrattuali . Creste e creste rugose (Figura 4 a) sono strutture lineari di rilievo positivo interpretate come espressione superficiale di faglie e/o pieghe di spinta. Le creste delle rughe sono caratteristiche lunghe, strette e sinuose con larghezza variabile che si presentano in serie parallele con spaziatura costante su grandi distanze. Nell'area della mappa, quasi tutte le unità, ad eccezione dei materiali del basamento e delle unità vulcaniche più recenti, sono deformate da creste rugose. Localmente, serie di creste rugose sembrano formarsi in risposta a una tardiva riattivazione o inversione strutturale. L’andamento principale nell’area della mappa è l’ andamento a 180° , che insieme all’andamento Helen Planitia domina in questa parte del pianeta.

(Figura 4. Esempi di strutture secondarie nell'area della mappa. (a) creste rugose (b) Fratture e graben a Olapa Chasma. Le frecce nere indicano la faccia del graben orientata lontano dall'illuminazione radar che genera un'ombra. Le frecce bianche indicano la faccia del graben orientata verso l'illuminazione radar che genera una superficie luminosa; (c) Fratture concentriche locali a Boann Corona; (d) Fratture radiali locali ad Arasy Mons. Tutte le immagini sono immagini Magellan SAR rivolte a sinistra in modalità normale).

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Strutture estensionali . Con il termine generico fratture consideriamo strutture lineari di origine estensionale. Potrebbero essere semplici fratture o avvallamenti interpretati come graben (Figura 4 b), ma a volte queste strutture sono al limite della risoluzione dell'immagine e le strutture mappate come fratture potrebbero effettivamente essere avvallamenti. Le fratture semplici sono visibili come semplici lineamenti radar-luminosi. In queste strutture, la luminosità radar non è correlata all'orientamento della struttura rispetto alla direzione dello sguardo radar, in quanto il lineamento è visto con le stesse caratteristiche sia nelle immagini rivolte a sinistra che in quelle rivolte a destra. Ciò è coerente con un’interpretazione di frattura aperta e di tipo articolare per questo tipo di strutture. Gli avvallamenti sono insiemi accoppiati di lineamenti interpretati nella maggior parte dei casi come graben.

Abbiamo mappato diverse famiglie o suite di fratture e graben in base alla loro natura regionale o locale. Le fratture regionali sono quelle che si estendono attraverso l'area della mappa e che sono interpretate come di origine regionale. Diverse famiglie di fratture regionali e graben con andamenti diversi si trovano a deformare le pianure regionali e i materiali della pianura basale. La più importante e ampiamente distribuita di queste vecchie suite di fratture regionali è una suite di tendenza NE-SW che è presente in diverse parti dell'area della mappa deformando i materiali del basamento e dei materiali della pianura basale. Nell'IRMA, le fratture con andamento NW-SE e il graben di Olapa Chasma sono la principale suite strutturale, tagliando i diversi materiali formati durante l'evoluzione del grande rialzo topografico. Sono localmente associati a catene di fosse,

Abbiamo anche mappato diverse serie di fratture locali e graben associati a strutture tettonomagmatiche come corone, novae e grandi vulcani. Queste serie locali di fratture possono essere concentriche (Figura 4 c) o radiali (Figura 4 d) rispetto alla struttura tettonomagmatica e sono il risultato di campi di stress locali associati alla loro formazione ed evoluzione.

3.2. Unità cartografiche

Terreno tessera, indiviso (tu). Affioramenti isolati di materiali ad alta retrodiffusione e relativamente ad alto rilievo. Ampiamente deformato da suite di strutture locali e regionali. I singoli affioramenti mostrano diversi assemblaggi strutturali e storie deformative.

Materiali della pianura inferiore, indivisi (lpmu). I materiali vulcanici con retrodiffusione radar da alta a bassa possono includere scudi (generalmente di diametro inferiore a 5 km). Unità composita che delimita un terreno locale più antico, inglobato da pianure regionali e materiali vulcanici. Estesamente deformato da creste rugose regionali, fratture regionali e serie di strutture locali radiali e concentriche legate all'evoluzione delle strutture vulcano-tettoniche.

Pianure lisce, indivise (spu). Materiale di retrodiffusione da basso ad alto con struttura liscia. Unità composita che forma le pianure regionali. In alcune località la presenza di materiali di rivestimento (alone craterico) rende difficile determinarne la struttura e la retrodiffusione. I confini del flusso internamente discontinui e le strutture primarie vulcaniche che includono canali e scudi (raggruppati localmente) suggeriscono un'origine vulcanica. Estesamente deformato da creste rugose regionali, fratture regionali e serie di strutture locali radiali e concentriche legate all'evoluzione delle strutture vulcano-tettoniche. La natura composita di questa unità ne preclude l'uso come unità marcatore attraverso l'area della mappa e possono essere determinate solo le relazioni temporali locali.

Piani strutturati, indivisi (tpu).Materiale con retrodiffusione da bassa ad alta con struttura reticolata/poligonale. Questa texture varia nella dimensione dei poligoni che in alcune località sono nei limiti della risoluzione dell'immagine. Unità composita che può far parte delle pianure regionali ma anche dell'attività vulcanica precoce nell'Imdr Regio. In alcune località la presenza di materiali di rivestimento (alone craterico) rende difficile determinare la struttura, la retrodiffusione e il contatto con i materiali circostanti. Internamente eterogenee, le strutture primarie includono canali e scudi (raggruppati localmente) che suggeriscono un'origine vulcanica. In alcune località la trama è correlata alla presenza di ammassi di scudi e potrebbe essere geneticamente correlata. Estesamente deformato da creste rugose regionali, fratture regionali e suite di strutture locali radiali e concentriche legate all'evoluzione delle strutture vulcano-tettoniche. La natura composita di questa unità ne preclude l'uso come unità marcatore attraverso l'area della mappa e possono essere determinate solo le relazioni temporali locali.

Materiale del cratere, indiviso (cu). Retrodiffusione elevata e texture a blocchi. Include coperte di materiale espulso, fondo del cratere e picchi centrali. La natura composita di questa unità ne preclude l'uso come unità indicatore nell'area della mappa e possono essere determinate solo le relazioni temporali locali dei materiali del cratere con altre unità e strutture.

Materiale del flusso craterico, indiviso (ufc). Materiali ad alto flusso di retrodiffusione associati a crateri da impatto. I flussi lobati e le strutture di flusso consentono di determinare la direzione del flusso. La natura composita di questa unità ne preclude l'uso come unità indicatore nell'area della mappa e possono essere determinate solo le relazioni temporali locali dei materiali del cratere con altre unità e strutture.

Fluisce da Kupo Patera (fpK). Materiali di retrodiffusione da intermedi ad alti associati a Kupo Patera (41,9°S/195,5°E) e altre caratteristiche vicino al vulcano-tettonico. I flussi prossimali verso Kupo Patera mostrano un'elevata retrodiffusione e lobi di flusso chiari. Anche i vulcani di dimensioni intermedie intorno a Kupo Patera potrebbero contribuire all’unità. Deformato da creste rugose regionali. Il rapporto con le fratture regionali e le strutture concentriche legate alla formazione e all'evoluzione del Kupo Patera è trasgressivo rispetto al tempo.

Fluisce da Arasy Mons (fmA). Retrodiffusione intermedia e trama screziata. Unità composita costituita da flussi vulcanici sovrapposti relativi ad Arasy Mons (40,2°S/209,7°E). Chiari flussi lobati permettono di tracciare la direzione e l'estensione dei flussi vulcanici a N e NW del vulcano. Anche pozzi secondari e piccoli vulcani sui fianchi potrebbero contribuire all'unità. Un sistema di fratture radiali associato alla formazione del vulcano taglia, ma è anche parzialmente coperto, i materiali dell'unità. Localmente tagliato da fratture e graben di Olapa Chasma.

Fluisce da Firtos Mons (fmF). Materiali di retrodiffusione intermedi intorno a Firtos Mons (47,3°S/220°E). Un sistema di frattura radiale associato a Firtos Mons taglia, ma è anche parzialmente coperto, i materiali dell'unità. La mancanza di lobi di flusso chiari rende difficile delineare chiaramente i limiti dell'unità. Anche strutture vulcaniche inglobate e gruppi di piccoli vulcani potrebbero aver contribuito all'unità. Deformato da creste rugose regionali.

Fluisce da Ignirtoq Tholi (ftI). Retrodiffusione da intermedia ad alta e struttura screziata. Unità composita costituita da flussi vulcanici sovrapposti relativi a Ignirtoq Tholi (50,9°S/222,8°E). Le chiare colate lobate permettono di tracciare localmente la direzione e l'estensione delle colate vulcaniche. I flussi sono posteriori alle fratture radiali associate a Ignirtoq Tholi ma sono deformati da creste rugose regionali.

Deriva da patere senza nome (fpu). Flussi di retrodiffusione da intermedi ad alti associati a un gruppo di piccole patere senza nome. Il rapporto con le strutture concentriche legate alla formazione delle diverse patere e delle creste rugose regionali è trasgressivo rispetto al tempo.

Campo scudo e materiali associati vicino a Payne-Gaposchkin Patera (sfPG). Materiali con retrodiffusione da bassa a intermedia formati da gruppi di singoli edifici di diametro < 10 km chilometri e flussi associati. Contatti graduali con le unità circostanti dovuti alla natura puntiforme del vulcanismo a scudo. Localmente deformato da creste rugose regionali, fratture regionali e serie di strutture locali radiali e concentriche legate all'evoluzione delle strutture vulcano-tettoniche.

Campo scudo e materiali associati nella Wawalag Planitia orientale (sfW) . Materiali con retrodiffusione da bassa a intermedia formati da gruppi di singoli edifici di diametro < 10 km chilometri e flussi associati. Contatti graduali con le unità circostanti dovuti alla natura puntiforme del vulcanismo a scudo. Localmente deformato da creste rugose regionali, fratture regionali e serie di strutture locali radiali e concentriche legate all'evoluzione delle strutture vulcano-tettoniche.

Campo scudo e materiali associati nel nord di Olapa Chasma (sfNO). Materiali con retrodiffusione da bassa a intermedia formati da gruppi di singoli edifici di diametro < 10 km chilometri e flussi associati. Contatti graduali con le unità circostanti dovuti alla natura puntiforme del vulcanismo a scudo. Localmente deformato da creste rugose regionali, fratture regionali e serie di strutture locali radiali e concentriche legate all'evoluzione delle strutture vulcano-tettoniche.

Campo scudo e materiali associati nell'Olapa Chasma occidentale (sfWO). Materiali a retrodiffusione intermedia con screziature per reticolare le texture. Associato a vulcani intermedi e gruppi di piccoli vulcani nell'Olapa Chasma occidentale. Localmente i lobi dei flussi permettono di tracciare l'entità e la direzione dei flussi. I materiali di questa unità sono localmente tagliati da fratture regionali locali con tendenza NW e NE che sono anche localmente postdatate dai materiali dell'unità. Deformato da creste rugose regionali.

Campo scudo e materiali associati nell'Olapa Chasma orientale (sfEO). Retrodiffusione da intermedia a bassa e consistenza morbida. Alcuni piccoli flussi possono essere ricondotti a piccoli vulcani, ma la fonte di alcuni materiali unitari non è chiara. Deformato localmente da fratture radiali locali di Idunn Mons e da alcune creste rugose, ma in generale i materiali dell'unità non presentano deformazioni significative.

Fluisce da Olapa Chasma (fchO).Materiali con retrodiffusione da bassa ad alta con texture che variano dall'aspetto liscio a quello screziato localmente. I lobi di flusso chiari consentono di determinare l'entità e la direzione dei flussi. Questa unità è un'unità composita formata da flussi che hanno origine nelle fratture e nei graben di Olapa Chasma, ma anche localmente possono essere correlati a scudi individuali e gruppi di scudi. Diversi flussi che formano questa unità includono Robigo, Saosis e Nyakaya flucti. I materiali di questa unità sono contemporanei alla formazione di Olapa Chasma, con materiali vulcanici postdatati e deformati dalle singole strutture del sistema di rift. Deformato localmente da fratture radiali dei monti Idunn e Arasy e, ma molto localmente, da fratture regionali e creste rugose. È un'unità composita che consente solo la determinazione di rapporti temporali locali.

Fluisce da Idunn Mons, membro 1 (fmI1). Basso retrodiffusione e flussi di fogli per lo più omogenei che localmente mostrano una trama screziata nelle loro aree terminali. La presenza di un canale di grandi dimensioni suggerisce che questi grandi flussi potrebbero essere alimentati da canali, ma potrebbero anche corrispondere a una sezione del flusso che è stata canalizzata o a un canale che ha alimentato unità di flussi successivi. Estesamente deformato da creste rugose regionali, fratture e graben di Olapa Chasma e fratture radiali locali di Idunn Mons. Localmente i materiali dell'unità ricoprono queste fratture radiali, indicando che potrebbero essere contemporanei e che i flussi vulcanici potrebbero essere geneticamente correlati alle fratture radiali.

Fluisce da Idunn Mons, membro 2 (fmI2). Backscatter intermedio che si sovrappone ai flussi digitati con bordi luminosi locali e struttura a collinetta. Deformati localmente da creste rugose, soprattutto nelle zone distali. Contemporaneo alle fratture radiali locali di Idunn Mons e alle fratture e graben di Olapa Chasma.

Fluisce da Idunn Mons, membro 3 (fmI3). Flussi digitati sovrapposti con backscatter elevato che presentano una struttura interna omogenea. Alcuni flussi sono canalizzati. Contemporaneo alle fratture radiali locali di Idunn Mons e alle fratture e graben di Olapa Chasma.

Fluisce da Idunn Mons, membro 4 (fmI4). Retrodiffusione da intermedia ad alta flussi multipli digitati sovrapposti che si irradiano dal vertice centrale. Contemporaneo alle fratture radiali locali di Idunn Mons e alle fratture e graben di Olapa Chasma. Alcuni flussi la cui origine non può essere ricondotta alla sommità potrebbero essere correlati a flussi alimentati da fratture nei fianchi e legati alle fratture del rift.

Fluisce da Idunn Mons, membro 5 (fmI5). Retrodiffusione da intermedia ad alta flussi multipli digitati sovrapposti che formano i fianchi superiori del vulcano. Alcuni dei flussi vicino alla sommità presentano rapporti lunghezza-larghezza stretti. I flussi di questa unità sono contemporanei alle fratture e al graben di Olapa Chasma ma sembrano posteriori alle fratture radiali locali di Idunn Mons. Alcuni flussi potrebbero essere flussi alimentati da fratture originati da fratture e graben di Olapa Chasma.

4. Conclusioni

Questo studio rappresenta la prima carta geologica dettagliata della Imdr Regio di Venere. Nell'area cartografica le pianure regionali sono composte da affioramenti locali di tessere e altri materiali locali postdatati dalle grandi pianure regionali (Pianure Lisce e Tessute indivise). Questi materiali sono deformati da fratture regionali, creste di rughe a 180° e tendenze regionali di Helen Planitia, e da suite di fratture locali legate alla formazione di corone e altre grandi strutture tettonomagmatiche. L'Imdr Regio è dominato dall'Olapa Chasma con andamento NW-SE con fratture locali e graben associati alla formazione di grandi vulcani ed altre unità tettono-magmatiche. Le unità nell'Imdr Regio sono legate alla formazione di grandi vulcani come Idunn Mons e al magmatismo associato al sistema di rift Olapa Chasma. Altre unità includono gruppi di piccoli scudi e materiali associati che si sono formati nel corso della storia di Imdr Regio. In tutta l'area della mappa diverse unità erano formate da materiali espulsi dai crateri e da flussi locali associati a crateri da impatto (ad esempio Isabella e Boyd). Nella metà settentrionale dell'area della mappa i materiali superficiali (cioè la polvere) associati ai processi di impatto ricoprono le diverse strutture e unità.

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Traduzione a cura di Andreotti Roberto.

VENERE : LA FOSFINA COME POSSIBILE INDICATORE DELLA PRESENZA DI VITA. by INSA.

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Aggiornato il 02/10/2020

Su Venere un possibile indicatore della presenza di vita

Un'equipe internazionale di astronomi ha annunciato oggi la scoperta di una molecola rara, la fosfina, nelle nubi di Venere. Sulla Terra, questo gas è prodotto solo industrialmente o da microbi che prosperano in ambienti privi di ossigeno. Gli astronomi hanno ipotizzato per decenni che le nubi ad alta quota intorno a Venere potessero offrire ospitalità ai microbi, lasciandoli fluttuare lontani dalla superficie rovente, ma in un ambiente di acidità molto elevata. La rilevazione della fosfina potrebbe indicare la presenza di una vita “aerea” extraterrestre.

"È stato un vero colpo, vedere i primi segnali della presenza di fosfina nello spettro di Venere!", afferma Jane Greaves dell'Università di Cardiff nel Regno Unito, a capo dell'equipe che per prima ha individuato l'impronta della fosfina (detta anche fosfuro di idrogeno) nelle osservazioni del James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), gestito dall'Osservatorio dell'Asia orientale, alle Hawaii. La conferma della scoperta ha richiesto l'utilizzo di 45 antenne di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Cile, un telescopio più sensibile di cui l'ESO (European Southern Observatory) è partner. Entrambi gli strumenti hanno osservato Venere a una lunghezza d'onda di circa 1 millimetro, molto più lunga di quanto l'occhio umano possa vedere - solo i telescopi ad altitudini elevate possono rilevarla efficacemente.

L'equipe internazionale, che comprende ricercatori del Regno Unito, degli Stati Uniti d'America e del Giappone, stima che la fosfina si trovi nelle nubi di Venere a bassa concentrazione, solo una ventina di molecole per ogni miliardo. A seguito delle osservazioni, gli astronomi hanno verificato se queste quantità potessero derivare da processi naturali non biologici sul pianeta. Tra le idee controllate: luce solare, minerali sospinti verso l'alto dalla superficie, vulcani o fulmini, ma nessuno di questi fenomeni poteva produrne abbastanza. Si è calcolato che queste sorgenti non biologiche producono al massimo un decimillesimo della quantità di fosfina vista dai telescopi.

Secondo l'equipe, per creare la quantità di fosfina (formata da idrogeno e fosforo) osservata su Venere, organismi terrestri dovrebbero funzionare a circa il 10% soltanto della loro produttività massima. È noto che i batteri terrestri producono fosfina: assorbono fosfato da minerali o materiale biologico, aggiungono l'idrogeno e infine espellono la fosfina. Qualsiasi organismo su Venere sarà probabilmente molto diverso dai cugini terrestri, ma anche questi potrebbero essere sorgenti di fosfina nell'atmosfera.

Anche se la scoperta della fosfina nelle nubi di Venere è stata una sorpresa, i ricercatori confidano nella solidità della misura. “Con nostro grande sollievo, c'erano buone condizioni per le osservazioni di follow-up con ALMA quando Venere si trovava a un angolo adatto rispetto alla Terra. L'elaborazione dei dati è stata complicata, tuttavia, poiché ALMA di solito non cerca effetti così fini in sorgenti così luminose come Venere ", commenta Anita Richards, dell'ALMA Regional Center del Regno Unito e dell'Università di Manchester e membro dell'equipe. "Alla fine, abbiamo scoperto che entrambi gli osservatori avevano visto la stessa cosa: un debole assorbimento alla giusta lunghezza d'onda per la fosfina gassosa, prodotta dalle molecole retroilluminate dalle nubi sottostanti più calde", aggiunge Greaves, che ha guidato il lavoro pubblicato oggi su Nature Astronomy.

Un altro membro dell'equipe, Clara Sousa Silva del Massachusetts Institute of Technology negli Stati Uniti d'America, ha studiato la fosfina come una "firma biologica" della presenza di vita anaerobica (cioè che non utilizza ossigeno) sui pianeti intorno ad altre stelle, perché i normali processi chimici ne producono così poco. 

(la riga spettrale della fosfina).

Commenta: “Trovare la fosfina su Venere è stato un regalo inaspettato! La scoperta solleva molte domande, come il modo in cui un qualsiasi organismo potrebbe sopravvivere. Sulla Terra, alcuni microbi possono sopportare fino a circa il 5% di acido nell'ambiente, ma le nubi di Venere sono quasi interamente fatte di acido".

L'equipe ritiene che la scoperta sia significativa, perché si possono escludere molti modi alternativi per produrre fosfina, ma riconosce che la conferma della presenza della "vita" richiede un lavoro ulteriore. Nonostante le nubi in quota di Venere raggiungano una piacevole temperatura di 30 gradi Celsius, sono incredibilmente acide - circa il 90% è acido solforico - ponendo grossi problemi a tutti i microbi che cercano di sopravvivere al loro interno.

Leonardo Testi, astronomo dell'ESO e Direttore Operativo europeo di ALMA, che non ha partecipato al nuovo studio, afferma: “La produzione non biologica di fosfina su Venere è esclusa dalla nostra attuale conoscenza della chimica della fosfina nelle atmosfere dei pianeti rocciosi. Confermare l'esistenza della vita nell'atmosfera di Venere sarebbe un importante passo avanti per l'astrobiologia; quindi, è essenziale far seguire a questo risultato entusiasmante studi teorici e osservativi per escludere la possibilità che la fosfina sui pianeti rocciosi possa anche avere un'origine chimica diversa da quella che ha sulla Terra".

Qui di seguito lo studio scientifico:

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Gas fosfina nelle nuvole di Venere

Di : Jane S. Greaves , Anita MS Richards , William Bains , Paul B. Rimmer , Hideo Sagawa , 

David L. Clements , Sara Seager , Janusz J. Petkowski , Clara Sousa-Silva , Sukrit Ranjan , 

Emily Drabek-Maunder , Helen J. Fraser , Annabel Cartwright , Ingo Mueller-Wodarg , 

Zhuchang Zhan , Per Friberg , Iain Coulson , Elisa Lee & Jim Hoge .

Introduzione:

Le misurazioni di gas in tracce nelle atmosfere planetarie ci aiutano a esplorare condizioni chimiche diverse da quelle sulla Terra. Il nostro vicino più prossimo, Venere, ha nuvole che sono temperati ma iperacidi. Riportiamo qui l'apparente presenza di gas fosfina (PH3) nell'atmosfera di Venere, dove qualsiasi composto del fosforo dovrebbe essere in forme ossidate. Le rilevazioni spettrali a banda millimetrica su una riga (qualità fino a ~15σ ) dai telescopi JCMT e ALMA non hanno altre identificazioni plausibili. Si deduce un PH3 atmosferico a ~20 ppb. La presenza di PH3 è inspiegabile dopo uno studio esauriente della chimica allo stato stazionario e dei percorsi fotochimici, senza percorsi di produzione abiotica attualmente noti nell'atmosfera di Venere, nelle nuvole, nella superficie e nel sottosuolo, o da fulmini, vulcanici o meteoriti. PH3 potrebbe provenire da fotochimica o geochimica sconosciuta o, per analogia con la produzione biologica di PH3 sulla Terra, dalla presenza della vita. Dovrebbero essere ricercate altre caratteristiche spettrali PH3 , mentre il campionamento in situ di nuvole e superfici potrebbe esaminare le sorgenti di questo gas.

Principale:

Lo studio delle atmosfere dei pianeti rocciosi fornisce indizi su come interagiscono con superfici e sottosuperfici e se eventuali composti non in equilibrio potrebbero riflettere la presenza della vita. 

Il Sistema Solare offre quindi importanti banchi di prova per l'esplorazione della geologia planetaria, del clima e dell'abitabilità, sia tramite campionamento in situ che monitoraggio remoto. La prossimità rende i segnali dei gas in traccia molto più forti di quelli dei pianeti extrasolari, ma i problemi rimangono nell'interpretazione.

Finora, l'esplorazione del Sistema Solare ha trovato composti di interesse, ma spesso in luoghi in cui le fonti di gas sono inaccessibili, come il sottosuolo marziano e le riserve d'acqua all'interno delle lune ghiacciate. Sono note acqua, sostanze organiche semplici e specie più grandi portatrici di carbonio non identificate. Tuttavia, possono esistere sorgenti geochimiche di composti di carbonio e le anomalie temporali o spaziali possono essere difficili da conciliare, ad esempio, per il metano marziano campionato dai rover e osservato dall'orbita.

Un gas con biofirma ideale sarebbe inequivocabile. Gli organismi viventi dovrebbero essere la sua unica fonte e dovrebbero avere transizioni spettrali intrinsecamente forti, caratterizzate con precisione, non miscelate con linee contaminanti, criteri che di solito non sono tutti realizzabili. È stato recentemente proposto che qualsiasi fosfina (PH3) rilevata nell'atmosfera di un pianeta roccioso sia un promettente segno di vita. La traccia di PH3 nell'atmosfera terrestre è associata in modo univoco all'attività antropica o alla presenza microbica: la vita produce questo gas altamente riducente anche in un ambiente ossidante generale. Il PH3 si trova altrove nel Sistema Solare solo nelle atmosfere riducenti dei pianeti giganti, dove viene prodotto in strati atmosferici profondi ad alte temperature e pressioni, e dragato verso l'alto per convezione. Le superfici solide dei pianeti rocciosi rappresentano una barriera al loro interno e il PH3 verrebbe rapidamente distrutto nelle loro croste e atmosfere altamente ossidate. Pertanto, il PH3 soddisfa la maggior parte dei criteri per una ricerca di gas con firma biologica, ma è impegnativo da trovare poiché molte delle sue caratteristiche spettrali sono fortemente assorbite dall'atmosfera terrestre.

Motivati da queste considerazioni, abbiamo sfruttato la transizione rotazionale PH3 1–0 in banda d'onda millimetrica che può assorbire gli strati otticamente spessi dell'atmosfera di Venere. Le speculazioni di lunga data considerano le biosfere aeree nei gruppi di nubi ad alta quota, dove le condizioni hanno qualche somiglianza con gli ecosistemi che producono PH3 sulla Terra. Abbiamo sfruttato una buona sensibilità dello strumento, 25 anni dopo la prima osservazione in banda millimetrica nel Sistema Solare di PH3 (nell'atmosfera di Saturno) . Abbiamo proposto un esperimento che potrebbe fissare limiti di abbondanza dell'ordine delle parti per miliardo su Venere, paragonabili alle produzioni di PH3 di alcuni ecosistemi anaerobici terrestri. L'obiettivo era un punto di riferimento per sviluppi futuri, ma inaspettatamente, le nostre osservazioni iniziali hanno suggerito che fosse presente una quantità rilevabile di PH3 venusiano.

Presentiamo qui di seguito i dati della scoperta e la conferma, con la mappatura preliminare mediante osservazioni di follow-up ed escludiamo la contaminazione della linea. Ci occupiamo quindi se reazioni gassose, reazioni foto/geochimiche o input esogeni di non equilibrio potrebbero plausibilmente produrre PH3 su Venere.

Risultati:

La transizione rotazionale PH3 1–0 alla lunghezza d'onda di 1,123 mm è stata inizialmente cercata con il James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), nelle osservazioni di Venere per cinque mattine nel giugno 2017. Gli spettri a punto singolo coprono l'intero pianeta. Le linee di assorbimento dalle nuvole sono state cercate contro il quasi-continuo creato dalla sovrapposizione di ampie caratteristiche di emissione dall'atmosfera più profonda e opaca.

La principale limitazione a un piccolo rapporto linea-continuo (di seguito, rapporto l:c) era il "ripple" spettrale, causato da artefatti come i riflessi del segnale. Abbiamo identificato tre problemi (vedi "Riduzione dei dati JCMT" in Metodi ), con il più problematico che è l'ondulazione ad alta frequenza che si sposta all'interno delle osservazioni in un modo difficile da rimuovere anche nello spazio di Fourier. Abbiamo quindi seguito un approccio standardizzato per diversi decenni , adattando i polinomi di ampiezza rispetto alla lunghezza d'onda alle increspature (in 140 spettri). La banda passante è stata troncata a 100 km/s per evitare di utilizzare ordini polinomiali elevati. (L'ordine si basa sul numero N di `` protuberanze '' nel modello di ondulazione; l'adattamento è ottimale con l'ordine N +1 e migliorato in modo trascurabile all'aumentare dell'ordine. Una banda più ampia comprende più 'colpi', aumentando N . Per una libertà minima, un adattamento lineare può essere impiegato immediatamente attorno alla linea candidata, ignorando la banda passante rimanente (vedere la Tabella 1 per le differenze sistematiche risultanti). Abbiamo esplorato una gamma di soluzioni con gli spettri appiattiti al di fuori di un intervallo di velocità entro il quale è consentito l'assorbimento. (Il polinomio deve essere interpolato su un intervallo, come se adattato alla banda completa rimuoverà sempre una linea candidata, data la libertà di aumentare l'ordine.) Questi intervalli di interpolazione variavano da molto stretti, preservando solo il nucleo della linea (previsto dal nostro radiativo modelli di trasferimento, Fig. 1), fino a un limite definito da Fourier al di sopra del quale gli artefatti di segno negativo possono imitare una linea di assorbimento. I dettagli sono nel paragrafo ''Metodi''. Gli spettri sono stati anche ridotti in modo completamente indipendente da un secondo membro del team, tramite un metodo di elaborazione minima che fa collassare lo stack di dati lungo l'asse temporale e si adatta a un polinomio di ordine inferiore a un passaggio; questo ha dato uno spettro di uscita simile ma con un rapporto segnale / rumore inferiore.

Tabella 1 Proprietà della linea di assorbimento PH3 per le regioni dell'atmosfera di Venere

Tavola a grandezza naturale

Fig. 1: spettri di PH3 1–0 nell'atmosfera di Venere osservati con il JCMT.

Gli assi sono il rapporto l:c rispetto alla velocità spostata Doppler riferita alla lunghezza d'onda PH3 . A sinistra: le soluzioni meno e più conservative dopo l'adattamento e la rimozione del ripple spettrale (vedere "Riduzione dei dati JCMT" nei metodi ), con la linea residua presente all'interno degli intervalli di velocità di | v | = 8 km/s (pieno, nero) e | v | = 2 km/s (tratteggiato, arancione). I dati sono stati raggruppati per chiarezza in istogrammi (ovvero, barre che indicano le medie) sull'asse x ; le barre di errore 1σ rappresentative sono 0,46 × 10E−4 in rapporto l:c per 3,5 km/s bin spettrale. Le barre di errore indicano la dispersione all'interno di ciascun canale da 140 spettri di ingresso co-aggiunti; la dispersione da canale a canale è maggiore del 40% circa, attribuibile al ripple residuo e contribuisce alla gamma del rapporto segnale / rumore (Tabella 1 ). A destra: la soluzione di fascia media adottata con | v | = 5 km/s (istogramma), sovrapposto al nostro modello per 20 ppb di abbondanza in volume. La curva rossa continua mostra questo modello dopo l'elaborazione con lo stesso adattamento spettrale utilizzato per i dati. Le ali della linea e la pendenza continua sono state così rimosse dal modello originale (curva rossa tratteggiata in basso). Poiché l'adattamento spettrale forza le ali di linea verso lo zero, solo l'intervallo ± 10 km/s intorno alla velocità di Venere è stata utilizzata nella caratterizzazione della linea (Tabella 1 ).

Immagine a grandezza naturale

Nel nostro spettro co-aggiunto (Fig. 1 ), abbiamo visto l'assorbimento del candidato PH3 1–0, con il rapporto segnale-rumore variabile su ~ 3–7, a seconda della selezione dell'intervallo di velocità. La caratteristica è coerente con la velocità di Venere, ma non è caratterizzata con precisione (Tabella 1 ). Ciò potenzialmente consente alla caratteristica di essere un debole artefatto residuo o una transizione di un'altra molecola a una lunghezza d'onda vicina.

Abbiamo quindi cercato la conferma della stessa transizione, con una tecnologia indipendente e un migliore rapporto segnale-rumore, utilizzando l'Atacama Large Millimeter / submillimetre Array (ALMA) nel marzo 2019. In linea di principio, la risoluzione in scala d'arco di ALMA consentirebbe una mappatura dettagliata del l'atmosfera del pianeta. In pratica, la risposta interferometrica di un grande pianeta luminoso ha prodotto increspature spettrali artefatte che variano dalla linea di base alla linea di base (e non eliminate dalla calibrazione del passa banda). Questa calibrazione sistematica è stata notevolmente ridotta, prima dell'imaging, escludendo tutte le linee di base da telescopio a telescopio di lunghezza <33 m. Ciò era necessario per la gamma dinamica ed era l'unica deviazione sostanziale dall'approccio standard ALMA "QA2" alla riduzione dei dati. Sebbene la calibrazione del passa-banda utilizzando la luna di Giove Callisto non fosse del tutto sufficiente, la gamma dinamica ottenuta era ancora sostanzialmente superiore alle specifiche di ALMA (~ 10E−3 nel rapporto l:c, senza le tecniche che abbiamo usato per ridurre la sistematica, e che abbiamo verificato non produceva caratteristiche spurie). Per eliminare il ripple residuo dagli spettri estratti, abbiamo testato strategie di adattamento polinomiale con ordini che vanno da 12 (ottimale per una banda passante di 80 km/s , Fig. 2), fino a 1 (adattamento solo attorno alla linea candidata). Le incertezze sistematiche risultanti sono riassunte nella tabella 1 .

Abbiamo anche verificato la robustezza cercando simultaneamente acqua deuterata (HDO) nota per essere presente su Venere. È stata rilevata la linea HDO 2 2,0 –3 1,3 alla lunghezza d'onda di 1,126 mm, con un profilo di linea ben adattato dal nostro modello di trasferimento radiativo, e un abbondanza su Venere d'acqua normale (vedere "Riduzione dei dati ALMA" in Metodi ). Le impostazioni simultanee di banda passante più ampia ci hanno anche permesso di impostare limiti superiori su altre specie chimiche: le transizioni qui potrebbero essere un controllo su possibili contaminanti, cioè, vincolare le transizioni in lunghezza d'onda alla linea che identifichiamo come PH3 1–0. L'accordatura a banda larga incentrata su questo PH3 di transizione ha fornito un ulteriore controllo di riproducibilità. Questi dati hanno maggiori problemi con il ripple spettrale rispetto alle impostazioni a banda stretta, ma la linea PH3 è stata recuperata

L'effetto della rimozione dei dati ALMA a base corta è che i segnali di linea da aree uniformi su scale > 4 arcsec sono sostanzialmente diluiti. Pertanto il nostro rapporto l:c corrisponde ai limiti inferiori dell'abbondanza di PH3 (ma la significatività del rilevamento non è influenzata; questi valori sono come indicato nella tabella 1 ). Inoltre, i ripidi gradienti di densità del flusso sull'arto hanno portato a un maggiore recupero del flusso. Per garantire che i risultati siano affidabili, non abbiamo tentato di interpretare gli spettri di assorbimento su scale al secondo d'arco. Per mitigare il bias nel campionamento migliore dell'arto, gli spettri in Fig. 2 sono tutte le medie da strisce "da lato a lato" in tutto il pianeta.

Fig. 2: Spettri di Venere ottenuti con ALMA.

A sinistra: lo spettro PH3 1–0 dell'intero pianeta, con errori 1σ (qui da canale a canale) di 0,11 × 10E−4 per 1,1 km/s bin spettrale. A destra: spettri delle zone polare (istogramma in nero), media latitudine (in blu) ed equatoriale (in rosso), come definito nella Tabella 1 . Gli spettri sono stati compensati verticalmente per chiarezza e lo spettro polare è stato ridotto in velocità per ottenere un limite superiore più profondo. Le ali di linea sono forzate verso lo zero fuori | v | = 5 km/s in questi spettri, e solo questo intervallo è stato utilizzato nella caratterizzazione (Tabella 1 e "Riduzione dei dati ALMA" nei metodi ).

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I dati di ALMA confermano la rilevazione dell'assorbimento alla lunghezza d'onda PH3 1–0. Tutte le velocità dal centro della linea sono coerenti con la velocità di Venere compresa tra −0,2 e +0,7 km/s (circa il 10% della larghezza della linea), con la migliore precisione di misurazione a ± 0,3 km/s e sistematica di ~ 0,1-0,7 km/s (Tabella 1 ). Per questo grado di coincidenza della velocità apparente, qualsiasi transizione contaminante da un'altra specie chimica dovrebbe coincidere in lunghezza d'onda a riposo con PH3 1–0 entro ~ 10E−6 .

I dati sopra rappresentano la scoperta del candidato di PH3 su Venere. A causa dell'elevata sensibilità del rapporto l:c richiesta, abbiamo testato la robustezza attraverso diversi percorsi. In particolare, abbiamo analizzato i dati di entrambe le strutture con una serie di metodi e abbiamo stimato le incertezze sistematiche.

Gli spettri JCMT e ALMA dell'intero pianeta concordano in velocità e larghezza della linea e sono coerenti nella profondità della linea dopo aver preso in considerazione il filtraggio spaziale di ALMA (quindi, nessuna variazione temporale nell'abbondanza di PH3 deve essere invocata nel 2017-2019). Abbiamo considerato la massima perdita di linea di ALMA, nel caso di una distribuzione PH3 uniforme come il continuo quasi liscio. Confrontando i segnali di continuum ALMA con o senza linee di base <33 m nella riduzione dei dati, abbiamo riscontrato perdite di filtraggio che variano da un 60% netto nelle nostre regioni polari al 92% per la nostra banda equatoriale. Correggendo il segnale della linea dell'intero pianeta con questo metodo, il rapporto l:c potrebbe aumentare da −0,9 × 10E−4 a −4,9 × 10E−4 , valori tra parentesi −2,5 × 10E−4 dal JCMT. Quindi, le linee ALMA e JCMT differiscono per fattori da due a tre al massimo, con un accordo possibile se il PH3 è distribuito su scale intermedie (tra macchie altamente uniformi e piccole).

Infine, per robustezza, abbiamo considerato la possibilità di un "doppio falso positivo", in cui si verifica un calo negativo in entrambi i set di dati vicino alla velocità venusiana. Confrontando i dati prima che avvenga la fase di elaborazione finale dell'adattamento polinomiale, la Fig. 3 mostra che non si verificano altre coincidenze di caratteristiche simili a linee di assorbimento negli spettri JCMT e ALMA.

Fig. 3: spettri JCMT e ALMA dell'intero pianeta attraverso l'intera banda passante comune a entrambi i set di dati.

Questi sono gli spettri JCMT (verde) e ALMA (viola) aggiunti congiuntamente prima della rimozione di una linea di base polinomiale finale. Lo spettro ALMA è stato ingrandito di un fattore tre, la perdita stimata per il filtraggio spaziale (confrontare le prime due voci del rapporto l:c nella tabella 1 ). Le barre rosse verticali collegano i dati JCMT e ALMA (i centri del bin concordano in velocità entro ± 0,2 km/s). Una caratteristica di linea è considerata reale quando questa dispersione (barra rossa) è bassa; solo l' elemento candidato PH3 intorno a v  = 0 km/s soddisfa questo criterio. Altri "avvallamenti" attraverso la banda hanno un'elevata dispersione (si verificano in un solo set di dati) o coprono solo pochi contenitori contigui (molto meno della larghezza della linea prevista per l'assorbimento nell'atmosfera superiore di Venere).

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Successivamente, abbiamo esaminato se le transizioni da gas diversi dal PH3 potrebbero assorbire a lunghezze d'onda vicine. L'unico candidato plausibile (tabella supplementare 1 ) è una transizione SO2 compensata di +1,3 km/s nel sistema di riferimento di PH3 1–0. Si prevede che questo produrrà una linea debole nelle nuvole, con il suo livello quantico inferiore ad un energia > 600 K non essendo altamente popolato in <300 K di gas. Sono stati rilevati assorbimenti di SO2 da livelli di energia a ~ 100 K, e abbiamo cercato una di queste transizioni nei nostri dati simultanei a banda larga ALMA. Non abbiamo rilevato un assorbimento significativo (Fig. 4a). Data questa osservazione, il nostro modello di trasferimento radiativo prevede quale sarebbe il massimo assorbimento dalla linea SO2 'contaminante' , trovando un debole rapporto l:c, non più profondo di −0,2 × 10E−4 (Fig. 4b). l' SO2 può contribuire al massimo al <10% al rapporto l:c integrato su ± 5 km/s e spostare il centro della linea di <0,1 km/s . Questi risultati sono abbondanti e indipendenti dal modello. La linea del contaminante SO2 potrebbe solo "imitare" la funzione del PH3 mentre la banda SO2 la linea rimaneva inosservata se il gas era più del doppio di quanto misurato nelle nuvole superiori, cioè a temperature che si trovavano solo ad altitudini molto inferiori rispetto alla nostra sonda di dati.

Fig. 4: Il processo di stima della contaminazione da SO 2 della linea PH 3 .

A sinistra: una sezione di dati a banda larga ALMA (l'intero pianeta, dopo che è stata rimossa una correzione polinomiale di terzo ordine per l'ampia curvatura), attorno alla frequenza di riposo SO2 di 267,53745 GHz (lunghezza d'onda ~ 1,121 mm ). L'istogramma più spesso nell'intervallo ± 10 km/s mostra che l'assorbimento di SO2 non è visibile. La curva tratteggiata rossa è un modello SO2 10 ppb, dopo aver sottratto una linea di forzatura polinomiale ali verso lo zero esterno | v | = ± 10 km/s. Il modello a 10 ppb è stato scelto per riprodurre la massima profondità di linea possibile all'interno dei dati, approssimandosi al ripple spettrale picco-picco. La curva rossa piena viene scalata per mostrare l'ampiezza che questa linea di SO2 dovrebbe avere se la linea che identifichiamo come PH3 1–0 è invece tutta attribuita alla transizione SO2. A destra: il nostro modello per il contributo massimo consentito di SO2 viene nuovamente tracciato come istogramma verde; questo è il modello tratteggiato in rosso del pannello di sinistra, ma senza alcuna sottrazione polinomiale. Lo spettro del PH3 dell'intero pianeta Fig. 2 (qui un istogramma tratteggiato con punti neri) viene quindi tracciato nuovamente (istogramma solido rosso) dopo la sottrazione di questo modello massimizzato di SO2.

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Non siamo in grado di trovare un'altra specie chimica (nota negli attuali database) oltre al PH3 che possa spiegare le caratteristiche osservate. Concludiamo che il rilevamento candidato del PH3 è altamente probabile, per quattro ragioni principali. In primo luogo, l'assorbimento è stato visto, a una profondità di linea comparabile, con due strutture indipendenti; secondo, le misurazioni di linea sono coerenti con metodi di elaborazione vari e indipendenti; terzo, la sovrapposizione degli spettri delle due strutture non mostra altre caratteristiche negative così coerenti; e quarto, non c'è altra transizione candidata ragionevole nota per l'assorbimento diversa da PH3 .

Le larghezze di pochi km/s degli spettri del PH3 sono tipiche degli assorbimenti dall'atmosfera superiore di Venere. Le tecniche di inversione possono convertire i profili di linea in una distribuzione molecolare verticale, ma questo è difficile qui a causa delle incertezze nella diluizione della linea PH3 e nell'ampliamento della pressione. Poiché il continuum contro il quale vediamo l'assorbimento sorge ad altitudini di ~ 53-61 km , negli strati di nubi medio / superiore , le molecole di PH3 osservate devono essere almeno così in alto. Qui le nuvole sono 'temperate', fino a 30°C, e con pressioni fino a ~ 0,5 bar. Tuttavia, il PH3 potrebbe formarsi ad altitudini più basse (più calde) e poi diffondersi verso l'alto.

Il PH3 viene rilevato più fortemente alle medie latitudini e non viene rilevato ai poli (Tabella 1 ). La zona equatoriale sembra assorbire più debolmente delle medie latitudini, ma i valori equatoriali e medi della latitudine potrebbero concordare se si apportassero correzioni per il filtraggio spaziale. Seguendo il metodo sopra (trattando il gas come se fosse distribuito come il continuo), il rapporto l:c può essere profondo fino a −4,6 × 10E-4 per l'equatore e −5,8 × 10E-4 per le medie latitudini, in accordo a i limiti 1σ (entrambi ± 0,7 × 10E-4 ). Tuttavia, per le calotte polari, il rapporto l:c non può superare −0,7 × 10E-4 con questo metodo. I nostri intervalli di latitudine sono stati impostati empiricamente, per massimizzare i contrasti nel rapporto l:c, quindi potrebbero non rappresentare zone fisiche. Non siamo stati in grado di confrontare bande di longitudine (ad esempio, per qualsiasi effetto dell'angolo solare), poiché le regioni più vicine all'arto presentavano problemi crescenti di rumore e ripple spettrale.

L'abbondanza di PH3 nell'atmosfera di Venere è stata stimata confrontando una linea del modello con lo spettro JCMT, che ha le minori perdite di segnale. Il trasferimento radiativo nell'atmosfera di Venere è stato calcolato utilizzando un modello sferico multistrato, con profili di temperatura e pressione provenienti dalla Venus International Reference Atmosphere (VIRA). Gli assorbimenti molecolari sono calcolati da un codice riga per riga, inclusa l'opacità indotta dal continuo di CO2 . La diluizione del fascio JCMT è inclusa. L'abbondanza calcolata è di ~ 20 ppb (Fig. 1). La principale incertezza del modello è nel coefficiente di ampliamento della pressione di CO2 , che non è stato misurato per il PH3 . Prendiamo per il PH3 i coefficienti di ampliamento della linea 1–0 che vanno da 0,186 cm−1  atm−1 , (nostra stima teorica) a 0,286 cm−1  atm−1 (il valore misurato per l'allargamento di CO2 della linea NH3 1-0). L'ammoniaca e il PH3 condividono molte somiglianze (vedere "Recupero dell'abbondanza" in Metodi) e ci si può aspettare che abbiano proprietà di ampliamento comparabili. Con questo intervallo dei coefficienti, le abbondanze derivate vanno da ~ 20 ppb (utilizzando la nostra stima teorica) fino a ~ 30 ppb (utilizzando il proxy NH3). Inoltre, l'incertezza nel rapporto l:c nello spettro JCMT contribuisce per ~ 30% (± 6 ppb), con ulteriori spostamenti di −2, + 5 ppb possibili dalla sistematica (Tabella 1 ).

La presenza anche di poche parti per miliardo di PH3 è del tutto inaspettata per un'atmosfera ossidata (dove i composti contenenti ossigeno dominano notevolmente su quelli contenenti idrogeno). Esaminiamo tutti gli scenari che potrebbero plausibilmente creare PH3 , data la conoscenza consolidata di Venere.

La presenza di PH3 implica una fonte atmosferica, superficiale o sotterranea di fosforo, o la consegna dallo spazio interplanetario. Gli unici valori misurati del fosforo atmosferico su Venere provengono dalle sonde di discesa Vega , che erano sensibili solo al fosforo come elemento, quindi la sua speciazione chimica non è nota. Nessuna specie di fosforo è stata segnalata sulla superficie planetaria.

La maggior parte del fosforo presente nell'atmosfera o nella superficie di Venere è prevista come forme ossidate di fosforo, ad esempio fosfati. Considerando tali forme e adottando i dati di abbondanza di Vega (il valore più alto dedotto, più favorevole per la produzione di PH3 ), calcoliamo se la termodinamica di equilibrio in condizioni rilevanti per l'atmosfera, la superficie e il sottosuolo venusiano può fornire ~ 10 ppb di PH3 . (Adottiamo un limite inferiore che si adatti adeguatamente ai dati JCMT, per trovare la soluzione termodinamica più facilmente ottenibile.) Troviamo che la formazione di PH3 non è favorita anche considerando ~ 75 reazioni rilevanti in migliaia di condizioni che comprendono qualsiasi probabile proprietà dell'atmosfera, della superficie o del sottosuolo (a temperature di 270-1.500 K, e pressioni atmosferiche e sotterranee di 0,25-10.000 bar, con un ampio intervallo di concentrazioni di reagenti). L'energia libera delle reazioni è inferiore ovunque da 10 a 400 kJ/mol. In particolare, escludiamo quantitativamente l'idrolisi del fosfuro geologico o meteoritico come fonte del PH3 venusiano . Si esclude anche la formazione di acido fosforoso (H3 PO3). Mentre l'acido fosforoso può essere sproporzionato rispetto al PH3 per riscaldamento, la sua formazione a temperature e pressioni di Venere richiederebbe condizioni piuttosto irrealistiche, come un'atmosfera composta quasi interamente da idrogeno.

La durata della vita del PH3 su Venere è la chiave per comprendere i tassi di produzione che porterebbero all'accumulo di concentrazioni di pochi ppb. Questa vita sarà molto più lunga che sulla Terra, la cui atmosfera contiene un notevole ossigeno molecolare e i suoi radicali fotochimicamente generati. La vita sopra gli 80 km su Venere (nella mesosfera) è costantemente prevista dai modelli per essere inferiore ai mille secondi, principalmente a causa delle alte concentrazioni di radicali che reagiscono e distruggono il PH3 . Vicino alla base dell'atmosfera, la durata stimata è di ~ 10E8 secondi, a causa dei meccanismi di decomposizione termica (distruzione collisionale). La durata della vita è molto limitata ad altitudini intermedie (<80 km), essendo dipendente dall'abbondanza di specie di radicali in tracce, in particolare il cloro. Questi tempi di vita sono incerti per ordini di grandezza, ma sono sostanzialmente più lunghi del tempo necessario per miscelare il  PH3 dalla superficie a 80 km (<1000 anni). La durata del PH3 nell'atmosfera non è quindi superiore a 1000 anni, o perché viene distrutta più rapidamente o perché viene trasportata in una regione in cui viene rapidamente distrutta.

Si stima il flusso degassamento del PH3 necessaria per mantenere i livelli di ~ 10 ppb, prendendo la colonna di PH3 derivata da osservazioni e dividendo questo per la durata chimica del PH3 nell'atmosfera di Venere (Fig. 5). Il flusso di degassamento totale necessario per spiegare ~ 10 ppb di PH 3 è ~ 10E6 –10E7  molecole/cm2 s (tempi di vita più brevi porterebbero a requisiti di flusso più elevati). Le reazioni fotochimiche nell'atmosfera di Venere non possono produrre PH3 a questa velocità. Per generare PH3 dalle specie di fosforo ossidato, i radicali generati fotochimicamente devono ridurre il fosforo estraendo ossigeno e aggiungendo idrogeno, che richiedono reazioni prevalentemente con H, ma anche con radicali O e OH. I radicali di idrogeno sono rari nell'atmosfera di Venere a causa delle basse concentrazioni di potenziali fonti di idrogeno (specie come H2O e H2S che vengono fotolizzate con ultravioletti per produrre radicali H). Modelliamo una rete di reazioni in avanti (cioè, da specie di fosforo ossidato a PH3 ), non solo come un tasso di produzione massimo conservativo per PH3 ma anche perché molti dei tassi di reazione di ritorno non sono noti. Troviamo che le velocità di reazione dei radicali H con le specie di fosforo ossidato sono troppo lente per fattori 10E4 –10E6 sotto le temperature e le concentrazioni nell'atmosfera venusiana (Fig. 5).

Fig. 5: La produzione fotochimica massima prevista di PH 3 è risultata insufficiente per spiegare le osservazioni di oltre quattro ordini di grandezza.

a , Limiti superiori dei tassi di produzione fotochimici previsti di PH 3 (escluso trasporto; curva rossa, s −1 ) rispetto ai tassi di distruzione fotochimica (curva blu, s −1 ), inclusi radicali e atomi (solido blu) e ignorando i radicali e atomi (tratteggiati in blu), in funzione dell'altezza (km). Vedere rete cinetica di Extended dati Fig. 7 . b , Rapporto di miscelazione di PH 3 in funzione dell'altezza atmosferica (km), per un flusso di produzione ( ϕ (PH 3 )) all'interno dello strato di nubi (~ 55-65 km) di 10 7  cm −2  s −1(curva solida), rispetto al limite superiore abiotico previsto allo stato stazionario (curva tratteggiata). Vedere rete cinetica di Extended dati Fig. 7 .

Immagine a grandezza naturale

Anche gli eventi energetici non sono un percorso efficace per fare PH3 . Su Venere possono verificarsi fulmini, ma a livelli di attività inferiori ai terrestri. Troviamo che la produzione di PH3 da parte dei fulmini venusiani sarebbe inferiore all'abbondanza di pochi ppb per fattori di 10E7 o più. Allo stesso modo, dovrebbe esserci circa 200 volte più attività vulcanica su Venere che sulla Terra per iniettare abbastanza PH3 nell'atmosfera (fino a ~ 10E8 volte, a seconda delle ipotesi sulla chimica della roccia del mantello). Studi topografici degli Orbiter hanno suggerito che non ci sono molti punti caldi vulcanici grandi, attivi e su Venere. La consegna meteoritica aggiunge al massimo alcune tonnellate di fosforo all'anno (per l'accumulo di meteoriti simile alla Terra). Anche i processi esotici come i processi tribochimici (di attrito) su larga scala e i protoni del vento solare generano solo PH3 in quantità trascurabili (W. Bains et al., Manoscritto in preparazione, presentato ad Astrobiology come "La fosfina su Venere non può essere spiegata dai processi convenzionali'').

Discussione:

Se nessun processo chimico noto può spiegare il PH3 all'interno dell'atmosfera superiore di Venere, allora deve essere prodotto da un processo non precedentemente considerato plausibile per le condizioni venusiane. Questa potrebbe essere fotochimica o geochimica sconosciuta, o forse vita. Le informazioni mancano: ad esempio, la fotochimica delle goccioline delle nuvole venusiane è quasi completamente sconosciuta. Si deve quindi considerare una possibile fonte fotochimica in fase gocciolina per PH3 (anche se PH3 è ossidato dall'acido solforico). Anche le domande sul perché organismi ipotetici su Venere potrebbero produrre PH3 sono altamente speculative.

Quantitativamente, possiamo notare che i tassi di produzione di ~ 10E6 - 10E7 molecole/cm2 s , desumibili sono inferiori alla produzione da alcuni ecologie terrestri, di circa 10 volte. Considerando anche la distribuzione, il PH3 su Venere è presente o vicino alle altitudini temperate, ed è carente intorno alle calotte polari. È stato suggerito che le cellule di circolazione di Hadley a latitudine media offrono l'ambiente più stabile per la ipotetica vita, con tempi di circolazione di 70–90 giorni adeguati per la riproduzione dei microbi (analoghi della Terra). PH3 non viene rilevato da ALMA al di sopra di un limite di latitudine di ~ 60°, concordando entro ~ 10° con il limite superiore della cella di Hadley proposta, dove il gas circola ad altitudini inferiori. Tuttavia, è auspicabile un ulteriore lavoro sui processi di diffusione.

Nel contesto delle ricerche sulla biosegnatura del Sistema Solare, le nostre osservazioni della linea PH3 1–0 si sono dimostrate efficaci per un tempo di struttura modesto (<10 ore alla fonte). L'abbondanza di PH3 è sufficientemente limitata (entro i fattori ~ 2–3) per una modellazione utile e non è necessaria alcuna introduzione ad hoc di effetti temporali. Abbiamo escluso i contaminanti e le linee strette indicano che una specie chimica attualmente sconosciuta dovrebbe avere una transizione a una lunghezza d'onda estremamente vicina per imitare la linea PH3 1-0. Tuttavia, la conferma è sempre importante per un rilevamento di transizione singola. Dovrebbero essere ricercate altre transizioni PH3 , sebbene l'osservazione di caratteristiche spettrali ad alta frequenza possa richiedere un futuro grande telescopio aereo o spaziale.

Anche se confermato, sottolineiamo che il rilevamento di PH3 non è una prova robusta per la vita, ma solo per una chimica anomala e inspiegabile. Ci sono problemi concettuali sostanziali per l'idea della vita nelle nuvole di Venere: l'ambiente è estremamente disidratante oltre che iperacidico. Tuttavia, abbiamo escluso molte vie chimiche verso la sintesi del PH3 , con le più probabili mancanze di 4-8 ordini di grandezza. Per discriminare ulteriormente tra processi fotochimici e / o geologici sconosciuti come fonte di PH3  venusiano, o per determinare se c'è vita tra le nuvole di Venere, saranno importanti la modellazione e la sperimentazione sostanziali. In definitiva, una soluzione potrebbe venire dalla rivisitazione di Venere per misurazioni in situ o ritorno di aerosol.

Potenziali percorsi per la produzione di PH3

I potenziali percorsi di produzione di PH3 nell'ambiente venusiano sono discussi in dettaglio nelle informazioni supplementari (W. Bains et al., Manoscritto in preparazione). Sono state considerate due possibili classi di percorsi per la produzione di PH3 : produzione fotochimica o chimica non fotochimica.

Per la modellazione fotochimica, abbiamo creato una rete di reazioni di parametri cinetici noti che potrebbero portare da H3 PO4 (acido fosforico) a PH3 (fosfina), per reazione con radicali fotochimicamente generati nell'atmosfera venusiana. Laddove le reazioni erano possibili ma non erano noti dati cinetici per le specie di fosforo, è stata invece utilizzata la cinetica di reazione delle specie di azoto omologhe, convalidata confrontando le reazioni di specie di azoto e fosforo analoghe. Il tasso massimo possibile per la chimica riduttiva in questa rete è stato confrontato con il tasso di distruzione in funzione dell'altitudine.

Le reazioni non fotochimiche sono state modellate termodinamicamente. Per la chimica superficiale e atmosferica, abbiamo creato un elenco di sostanze chimiche, le loro concentrazioni e reazioni, per tutte le potenziali reazioni di produzione di PH3 . Le abbondanze delle specie di fosforo sono state calcolate in modo dinamico e si presume che fossero in equilibrio con le specie liquide / solide alla base della nuvola. L'energia libera di reazione, che indica se la produzione netta di PH3 era termodinamicamente favorita, è stata calcolata utilizzando metodi standard. Nessuna delle reazioni favorisce la formazione di PH3 , avendo mediamente un'energia libera di reazione di +100 kJ/mol.

La modellazione della chimica del sottosuolo è stata affrontata tramite la fugacità dell'ossigeno ( f O2 ), oltre alla concentrazione teorica di ossigeno libero nelle rocce crostali. Modelliamo quindi l'equilibrio tra fosfato e PH3 , per temperature comprese tra 700 K e 1.800 K, a 100 o 1.000 bar, e con 0,01%, 0,2% e 5% di acqua. La fugacità di ossigeno della crosta plausibile e delle rocce del mantello sulla base dei dati geologici del lander Venus è di 8-15 ordini di grandezza troppo alta per supportare la riduzione del fosfato, quindi il degassamento delle rocce del mantello produrrebbe solo quantità insignificanti di PH3 . La consegna vulcanica, fulminea e meteoritica è stata calcolata sulla base di parallelismi con i tassi terrestri di eventi all'interno dell'atmosfera venusiana e sono stati calcolati come trascurabili.

PH3 e ipotesi sulla vita venusiana

Nelle informazioni supplementari , riassumiamo brevemente le idee sul perché le nuvole venusiane temperate ma iperacidiche sono state proposte per decenni come potenzialmente abitabili, nonostante ovvie difficoltà come resistere alla distruzione da parte dell'acido solforico. In precedenza abbiamo proposto che qualsiasi molecola di PH3 rilevabile trovato nell'atmosfera di un pianeta roccioso sia un promettente segno di vita e abbiamo dimostrato che la produzione biologica di PH3 è favorita da condizioni fresche e acide. La modellizzazione iniziale basata sulla biochimica terrestre suggerisce che la riduzione biochimica del fosfato a PH3 è termodinamicamente fattibile nelle condizioni delle nubi di Venere (W. Bains et al., manoscritto in preparazione). Abbiamo anche descritto un possibile ciclo di vita per una biosfera aerea venusiana .

LINK (EN) :

 - https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4 

 - https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2015/eso2015a.pdf 

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La fosfina è presente negli spettri di massa delle nuvole di Venere:

Rakesh Mogul , Sanjay S. Limaye , MJ Way , Jamie A. Cordova Jr.

Considerando le implicazioni del rilevamento della fosfina (PH3) segnalato da una singola riga spettrale da Greaves et al., Siamo stati ispirati a riesaminare i dati ottenuti dallo spettrometro di massa neutrale Pioneer-Venus Large Probe (LNMS) per cercare prove di composti di fosforo . 

Il LNMS ha ottenuto masse di gas neutri (e dei loro frammenti) a diverse altitudini all'interno delle nuvole di Venere. 

I dati spettrali di massa pubblicati corrispondono a gas ad altitudini di 50-60 km, o all'interno delle nubi inferiori e medie di Venere, zona che è stata identificata come potenzialmente abitabile. 

Troviamo che i dati LMNS supportano la presenza di fosfina; anche se le origini della fosfina rimangono sconosciute.

LINK : https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2009/2009.12758.pdf 

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Traduzione by INSA.